反輻射導(dǎo)引頭多徑信號(hào)處理技術(shù)

王秀君　鐘都都　唐勇　陳灝

摘 要：反輻射導(dǎo)引頭面臨的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境日趨復(fù)雜，針對(duì)導(dǎo)引頭的多徑信號(hào)處理方法是決定導(dǎo)引頭任務(wù)成敗的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了反輻射導(dǎo)引頭常用的多徑數(shù)據(jù)處理方法，指出每種方法的優(yōu)勢(shì)和不足，分析了對(duì)控制系統(tǒng)的主要影響因素，并提出實(shí)際綜合應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：多徑；濾波；剔除

一、緒論

反輻射系統(tǒng)在電子戰(zhàn)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，其中被動(dòng)雷達(dá)反輻射導(dǎo)引頭由于本身不發(fā)射電磁信號(hào)，具有探測(cè)距離遠(yuǎn)，隱身能力強(qiáng)等先天優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被各國(guó)廣泛應(yīng)用，但是被動(dòng)反輻射導(dǎo)引頭也有個(gè)明顯缺點(diǎn)，容易受到環(huán)境影響，由于雷達(dá)所處環(huán)境地物的影響，將引起復(fù)雜的多徑效應(yīng)，惡化導(dǎo)引頭測(cè)角精度，多徑形成受雷達(dá)體制、工作頻段、雷達(dá)天線掃描狀態(tài)、雷達(dá)周圍環(huán)境等因素影響，其發(fā)生的時(shí)刻不確定、持續(xù)時(shí)間不確定、引起的測(cè)向變化幅度不確定，同時(shí)多徑與目標(biāo)信號(hào)各種參數(shù)一致，經(jīng)常出現(xiàn)脈沖重疊情況，對(duì)導(dǎo)引頭測(cè)向產(chǎn)生較大誤差，甚至影響任務(wù)成敗。本文對(duì)被動(dòng)反輻射導(dǎo)引系統(tǒng)典型的多徑數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行了綜合分析。

二、野值剔除

多徑信號(hào)引起的測(cè)向誤差通常以野值形式出現(xiàn)，即其出現(xiàn)時(shí)間短，跳動(dòng)幅度大，對(duì)于這種跳動(dòng)信號(hào)，可以通過(guò)一定的幅度門(mén)限和持續(xù)時(shí)間有效剔除，但是野值剔除持續(xù)時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)錯(cuò)誤剔除真實(shí)信號(hào)，野值剔除幅度和時(shí)間要根據(jù)測(cè)向系統(tǒng)實(shí)際測(cè)向模型對(duì)不同環(huán)境的測(cè)向響應(yīng)進(jìn)行具體調(diào)整，找到適合特定測(cè)向系統(tǒng)的剔除組合。我們對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不同幅度門(mén)限剔除處理數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)剔除后測(cè)向統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)改善效果明顯見(jiàn)表1，但是數(shù)據(jù)平滑度不好，臺(tái)階較多，對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性有一定影響見(jiàn)圖1。

同樣調(diào)整剔除時(shí)間也能達(dá)到相似效果，剔除時(shí)間越長(zhǎng)測(cè)向精度改善越明顯，實(shí)際應(yīng)用中，具體幅度門(mén)限和剔除時(shí)間要根據(jù)測(cè)向數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)多徑信號(hào)不同情況，可按長(zhǎng)、中、短多徑持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分類，幅值可按大、中、小不同幅度進(jìn)行分類，對(duì)不同分類的多徑模型找到適合的特定的最優(yōu)門(mén)限、時(shí)間組合值，同時(shí)需要考慮控制系統(tǒng)容忍度，在保證控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定的前提下，必要時(shí)需要使用多種組合參數(shù)以達(dá)到最佳處理效果。

三、濾波處理

野值剔除處理方法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是由于處理后數(shù)據(jù)通常有臺(tái)階出現(xiàn)不利于控制系統(tǒng)直接使用，因此，出現(xiàn)了濾波處理方法，可有效解決野值剔除方法帶來(lái)的弊端。信號(hào)野值通常表現(xiàn)出高頻特性，因此一般采用低通濾波器進(jìn)行處理，我們用一階低通濾波器進(jìn)行分析，傳遞函數(shù)如下：

由下圖2可見(jiàn)，濾波后數(shù)據(jù)有效去除高頻野值，而保留了信號(hào)低頻特征。濾波效果與濾波器時(shí)間常數(shù)直接相關(guān)，對(duì)不同時(shí)間常數(shù)的濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)濾波時(shí)間常數(shù)不能太短，濾波時(shí)間常數(shù)太短沒(méi)有效果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)中濾波器時(shí)間常數(shù)取0.01的濾波效果反而變差，濾波器時(shí)間常數(shù)越長(zhǎng)濾波效果越好見(jiàn)表2。

但是，濾波時(shí)間常數(shù)不能無(wú)限取大，濾波器時(shí)間常數(shù)選取不合理對(duì)控制系統(tǒng)是致命的，控制系統(tǒng)要求的是實(shí)時(shí)性，而濾波器的時(shí)間常數(shù)恰恰降低了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，對(duì)于帶有伺服系統(tǒng)的導(dǎo)引頭，控制數(shù)據(jù)滯后會(huì)影響超調(diào)量，滯后時(shí)間過(guò)大還可能引起伺服控制器振蕩發(fā)散，因此濾波器時(shí)間常數(shù)的選取要綜合考慮控制系統(tǒng)對(duì)控制數(shù)據(jù)滯后的容忍程度，在其可接受范圍內(nèi)盡量加大。通過(guò)仿真分析，導(dǎo)引頭濾波時(shí)間常數(shù)取0.055時(shí)，超調(diào)量已達(dá)到15%。下圖3為濾波時(shí)間常數(shù)取0.055時(shí)，伺服系統(tǒng)對(duì)于10度階躍的響應(yīng)曲線。

濾波處理方法的另外一個(gè)劣勢(shì)是對(duì)于通帶內(nèi)的大幅值干擾信號(hào)不能有效濾除，比如低通濾波器通常不能有效濾除低頻大幅度野值，甚至對(duì)部分低幅值信號(hào)有放大效果，因此這種情況下濾波處理沒(méi)有野值剔除方法有效，如下圖4所示。

四、實(shí)際應(yīng)用

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，首先要對(duì)測(cè)向系統(tǒng)測(cè)量的多徑信號(hào)進(jìn)行模型分析，提取出典型特征，建立多徑模型庫(kù)，運(yùn)用上述方法對(duì)多徑模型進(jìn)行仿真分析，綜合使用野值剔除和濾波處理方法，同時(shí)充分考慮控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，通常簡(jiǎn)單運(yùn)用上述方法還不滿解決各種干擾，還需要對(duì)上述方法進(jìn)行拓展應(yīng)用，比如可采用2階、3階濾波器細(xì)化濾波后數(shù)據(jù)細(xì)部特征，用以匹配特定控制系統(tǒng)要求；采用多階微分處理方法，提取低幅值長(zhǎng)時(shí)間的多徑信號(hào)特征，用以對(duì)其進(jìn)行特殊處理；為進(jìn)一步降低對(duì)控制系統(tǒng)影響，對(duì)特別高的野值信號(hào)可采用比例輸出方式進(jìn)行控制。在我們實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在使用野值剔除和濾波處理方法基礎(chǔ)上，需要綜合運(yùn)用了上述多種方法，并在外場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中不斷優(yōu)化調(diào)整各級(jí)參數(shù)，最終使導(dǎo)引信號(hào)滿足系統(tǒng)使用要求。

五、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了被動(dòng)反輻射導(dǎo)引頭野值剔除和濾波處理兩種典型的多徑信號(hào)處理方法，指出每種方法的優(yōu)勢(shì)和不足，分析了對(duì)控制系統(tǒng)的主要影響因素，并提出實(shí)際綜合應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。反輻射導(dǎo)引頭是反輻射系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)導(dǎo)引頭多徑數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行深入分析、研究，對(duì)提高導(dǎo)引技術(shù)發(fā)展具有及其重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李一兵，司錫才.反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭濾除異步信號(hào)干擾的研究.哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20（1）.

[2]楊軍，楊晨.現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).